本發(fā)明屬于核爆炸地震監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種針對(duì)特定地區(qū)的指向性聚束檢測(cè)方法，具體涉及特定地區(qū)核爆炸地震監(jiān)測(cè)中的地震臺(tái)陣監(jiān)測(cè)技術(shù)。

背景技術(shù)：
地震臺(tái)陣是國(guó)際監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中主要的地震監(jiān)測(cè)設(shè)施，其是在與所觀測(cè)地震波波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)目讖椒秶鷥?nèi)規(guī)則排列的一組地震計(jì)，通過(guò)對(duì)這組地震計(jì)的輸出信號(hào)進(jìn)行各種組合分析，降低背景噪聲，突出有用地震波信號(hào)和獲取有關(guān)震源及地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息。現(xiàn)有的地震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)采取的臺(tái)陣信號(hào)處理方法主要是相干聚束方法，通過(guò)對(duì)臺(tái)陣各子臺(tái)進(jìn)行相干聚束以提高信噪比，并在聚束通道上進(jìn)行STA/LTA信號(hào)檢測(cè)，沒(méi)有考慮到信號(hào)在不同子臺(tái)記錄中的相關(guān)特性，不能充分發(fā)揮臺(tái)陣的效能；另外，由于需要做相干聚束，計(jì)算量大，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種針對(duì)特定地區(qū)的指向性聚束檢測(cè)方法，解決了采用臺(tái)陣檢測(cè)特定地區(qū)核爆炸地震事件計(jì)算量大、耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，進(jìn)一步完善對(duì)于特定地區(qū)核爆炸事件的監(jiān)測(cè)能力。本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種針對(duì)特定地區(qū)的指向性聚束檢測(cè)方法，其特征在于：包括以下步驟：S1、選取一個(gè)合適的指向性聚束監(jiān)測(cè)臺(tái)陣；S2、計(jì)算特定地區(qū)相對(duì)步驟S1中確定的監(jiān)測(cè)臺(tái)陣的慢度向量，具體步驟如下：S2.1、讀取特定地區(qū)歷史核爆炸地震事件在該監(jiān)測(cè)臺(tái)陣各子臺(tái)上的信號(hào)記錄，去掉數(shù)據(jù)的線性趨勢(shì)項(xiàng)；S2.2、根據(jù)公式(5)對(duì)步驟S2.1得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率-波數(shù)分析，得到在不同慢度條件下的信號(hào)譜P：式中Sn和Se是慢度向量在南北向和東西向上的分量，F(xiàn)(f)是信號(hào)與自身作卷積后的序列，f1和f2分別是濾波頻帶的起止頻率，J為該監(jiān)測(cè)臺(tái)陣的子臺(tái)個(gè)數(shù)，dnorth和deast是各子臺(tái)相對(duì)于中心子臺(tái)在南北向和東西向的偏移量；S2.3、記錄信號(hào)譜P在最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的慢度向量的分量Snm、Sem；S3、對(duì)特定地區(qū)核爆炸地震事件進(jìn)行檢測(cè)，具體步驟如下：S3.1、獲取監(jiān)測(cè)臺(tái)陣各子臺(tái)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；S3.2、結(jié)合步驟S3.1的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，將步驟S2.3中得到的Snm、Sem代入到公式(6)中計(jì)算臺(tái)陣信號(hào)檢測(cè)的F值：式中n0為開(kāi)始計(jì)算的采樣點(diǎn)，N為時(shí)域的采樣窗長(zhǎng)，J為監(jiān)測(cè)臺(tái)陣的子臺(tái)個(gè)數(shù)，lagi(snm,sem)為給定慢度矢量(snm,sem)下聚束的時(shí)間延遲，xi(n+lagi(snm,sem))是第i個(gè)子臺(tái)在采樣點(diǎn)n處延遲后的零均值濾波數(shù)據(jù)的幅值；S3.3、將步驟S3.2中計(jì)算得到的F值代入服從公式(7)的F分布模型中得到信號(hào)的檢測(cè)概率P：F～F(N1,N2,λ)(7)式中N1＝2BT,N2＝(K-1)N1,λ＝N1(SNR)2，其中B為有效帶寬，T為有效時(shí)長(zhǎng)，J為該監(jiān)測(cè)臺(tái)陣的子臺(tái)個(gè)數(shù)，λ為F分布非中心因子，(SNR)2為信號(hào)與噪聲的平均能量之比；S3.4、當(dāng)信號(hào)檢測(cè)概率P大于等于設(shè)定的檢測(cè)閾值時(shí)，即可確定該特定地區(qū)發(fā)生核爆炸地震事件；當(dāng)信號(hào)檢測(cè)概率P小于設(shè)定的檢測(cè)閾值時(shí)，重復(fù)上述步驟S3.1-S3.3。有益效果：本發(fā)明采用F檢測(cè)理論對(duì)信號(hào)檢測(cè)概率進(jìn)行計(jì)算，具有指向性強(qiáng)、檢測(cè)靈敏度高的特點(diǎn)。由于指定了慢度向量的臺(tái)陣信號(hào)聚束處理保證了臺(tái)陣只對(duì)特定地區(qū)的某類震相敏感，過(guò)濾了來(lái)自該地區(qū)的其它震相或其它地區(qū)信號(hào)的檢測(cè)，當(dāng)信號(hào)檢測(cè)概率P大于設(shè)定的檢測(cè)閾值時(shí)，給出針對(duì)該特定地區(qū)的指向性聚束結(jié)果，使得檢測(cè)效率更高；本發(fā)明流程簡(jiǎn)潔，計(jì)算量小，便于實(shí)現(xiàn)。附圖說(shuō)明圖1為利用本發(fā)明建立的來(lái)自特定地區(qū)的核爆炸地震信號(hào)的檢測(cè)結(jié)果；圖2為利用本發(fā)明建立的來(lái)自其它地區(qū)的天然地震信號(hào)的檢測(cè)結(jié)果。具體實(shí)施方式為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容、和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。本發(fā)明提供一種針對(duì)特定地區(qū)的指向性聚束檢測(cè)方法，其特征在于：包括以下步驟：S1、選取一個(gè)合適的指向性聚束監(jiān)測(cè)臺(tái)陣，具體步驟如下：S1.1、按照公式(1)計(jì)算第i個(gè)臺(tái)陣到特定地區(qū)范圍內(nèi)的最大距離Di：Di＝max(distance(stai,range))(1)式中stai為第i個(gè)臺(tái)陣中心子臺(tái)的經(jīng)緯度坐標(biāo)，range為特定地區(qū)經(jīng)緯度范圍，distance為臺(tái)陣中心子臺(tái)和特定地區(qū)之間距離計(jì)算函數(shù)，max為取最大值函數(shù)；S1.2、選取距離在給定距離D內(nèi)的所有臺(tái)陣，每個(gè)臺(tái)陣的距離符合以下要求：Di<D(2)S1.3、統(tǒng)計(jì)給定時(shí)間段范圍內(nèi)特定地區(qū)范圍內(nèi)發(fā)生的事件總數(shù)為M，步驟S1.2中選取的臺(tái)站中第i個(gè)臺(tái)陣檢測(cè)到的事件數(shù)為Ki，其中1<Ki≤M，按照公式(3)計(jì)算臺(tái)陣的監(jiān)測(cè)靈敏度Ei：S1.4、選取靈敏度在給定閾值E內(nèi)的一個(gè)臺(tái)陣，符合以下要求，即為合適的指向性聚束監(jiān)測(cè)臺(tái)陣：Ei>E(4)S2、計(jì)算特定地區(qū)相對(duì)步驟S1中確定的監(jiān)測(cè)臺(tái)陣的慢度向量，具體步驟如下：S2.1、讀取特定地區(qū)歷史核爆炸地震事件在該監(jiān)測(cè)臺(tái)陣各子臺(tái)上的信號(hào)記錄，去掉數(shù)據(jù)的線性趨勢(shì)項(xiàng)；S2.2、根據(jù)公式(5)對(duì)步驟S2.1得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率-波數(shù)(F-K)分析，得到在不同慢度條件下的信號(hào)譜P：式中Sn和Se是慢度向量在南北向和東西向上的分量，F(xiàn)(f)是信號(hào)與自身作卷積后的序列，f1和f2分別是濾波頻帶的起止頻率，J為該監(jiān)測(cè)臺(tái)陣的子臺(tái)個(gè)數(shù)，dnorth和deast是各子臺(tái)相對(duì)于中心子臺(tái)在南北向和東西向的偏移量；S2.3、記錄信號(hào)譜P在最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的慢度向量的分量Snm、Sem；S3、對(duì)特定地區(qū)核爆炸地震事件進(jìn)行檢測(cè)，具體步驟如下：S3.1、使用連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議獲取監(jiān)測(cè)臺(tái)陣各子臺(tái)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)解析幀數(shù)據(jù)類型、幀數(shù)據(jù)起始時(shí)間、幀數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)間獲取臺(tái)陣子臺(tái)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息；S3.2、結(jié)合步驟S3.1的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，將步驟S2.3中得到的Snm、Sem代入到公式(6)中計(jì)算臺(tái)陣信號(hào)檢測(cè)的F值：式中n0為開(kāi)始計(jì)算的采樣點(diǎn)(可以每30s采一次)，N為時(shí)域的采樣窗長(zhǎng)，J該監(jiān)測(cè)臺(tái)陣的子臺(tái)個(gè)數(shù)，lagi(snm,sem)為給定慢度矢量(snm,sem)下聚束的時(shí)間延遲，xi(n+lagi(snm,sem))是第i個(gè)子臺(tái)在采樣點(diǎn)n處延遲后的零均值濾波數(shù)據(jù)的幅值；S3.3、將步驟S3.2中計(jì)算得到的F值代入服從公式(7)的F分布模型中得到信號(hào)的檢測(cè)概率P：F～F(N1,N2,λ)(7)式中N1＝2BT,N2＝(K-1)N1,λ＝N1(SNR)2，其中B為有效帶寬(取整)，T為有效時(shí)長(zhǎng)(Hann窗取整)，J為該監(jiān)測(cè)臺(tái)陣的子臺(tái)個(gè)數(shù)，λ為F分布非中心因子，(SNR)2為信號(hào)與噪聲的平均能量之比；S3.4、當(dāng)信號(hào)檢測(cè)概率P大于等于設(shè)定的檢測(cè)閾值時(shí)，即可確定該特定地區(qū)發(fā)生核爆炸地震事件，發(fā)出報(bào)警信號(hào)；當(dāng)信號(hào)檢測(cè)概率P小于設(shè)定的檢測(cè)閾值時(shí)，重復(fù)上述步驟S3.1-S3.3?，F(xiàn)有方法在計(jì)算臺(tái)陣檢測(cè)信號(hào)時(shí)僅對(duì)相干聚束通道的信號(hào)進(jìn)行STA/LTA檢測(cè)，本方法使用固定值慢度向量進(jìn)行指向性聚束，采用F檢測(cè)理論對(duì)信號(hào)檢測(cè)概率進(jìn)行計(jì)算，具有指向性強(qiáng)、檢測(cè)靈敏度高的特點(diǎn)。指定了慢度的臺(tái)陣信號(hào)聚束處理保證了臺(tái)陣只對(duì)特定地區(qū)的某類震相敏感，過(guò)濾了來(lái)自該地區(qū)的其它震相或其它地區(qū)信號(hào)的檢測(cè)，當(dāng)信號(hào)檢測(cè)概率P大于設(shè)定的檢測(cè)閾值時(shí)，給出針對(duì)該特定地區(qū)的指向性聚束檢測(cè)。實(shí)施例：對(duì)某特定地區(qū)的核爆炸地震事件進(jìn)行了指向性聚束檢測(cè)。通過(guò)分析歷史事件在監(jiān)測(cè)臺(tái)陣記錄的信號(hào)譜，確定信號(hào)譜在最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的慢度向量Snm、Sem，并將其作為臺(tái)陣對(duì)于該地區(qū)信號(hào)檢測(cè)的指向性聚束參數(shù)。參見(jiàn)圖1和圖2的檢測(cè)結(jié)果，通過(guò)對(duì)比可以看到，對(duì)于特定地區(qū)的核爆炸地震信號(hào)的信號(hào)檢測(cè)概率高于閾值，給出事件報(bào)警；對(duì)于其它地區(qū)的天然地震信號(hào)檢測(cè)概率基本為0，不給出事件報(bào)警。所述特定地區(qū)為某國(guó)家的核試驗(yàn)場(chǎng)。